橋梁板式橡膠支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算
——以大柏店路橋?yàn)槔?/h1>
2023-08-17 01:11:00安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司安徽合肥230001
安徽建筑 2023年8期
李 飛 （安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230001)
0 引言
橋梁上下結(jié)構(gòu)之間傳遞荷載的重要構(gòu)件為橋梁支座（剛構(gòu)橋例外），作為橋梁支座，需要將橋梁上部荷載（自重及外荷載）通過(guò)自身傳遞至橋墩結(jié)構(gòu)，進(jìn)而傳遞至橋梁基礎(chǔ)，雖然在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座的體積相較于其他構(gòu)件而言很小，但其重要性在橋梁結(jié)構(gòu)中同等重要[1]。橋梁支座的形式多種多樣，但應(yīng)用最為廣泛的仍然是傳統(tǒng)板式橡膠支座，板式橡膠支座根據(jù)形式的不同可分為圓形板式橡膠支座、矩形板式橡膠支座和四氟板式橡膠支座三種類型，圖1 即為三種不同板式支座。
圖1 不同板式支座
板式橡膠支座除了能將橋梁上部荷載傳遞至橋梁下部荷載以外，還必須能夠適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)的橫向位移和轉(zhuǎn)角，因此需要支座不僅具有足夠的強(qiáng)度能夠傳遞荷載，同時(shí)也要預(yù)留一定的變形能力來(lái)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的變形，在強(qiáng)度方面，板式橡膠支座通過(guò)橡膠和鋼板共同承壓，鋼板通過(guò)粘合劑包裹在橡膠支座內(nèi)部，不僅提高了板式支座的豎向剛度，也減小了支座在承受豎向荷載時(shí)的豎向變形；變形能力方面，橡膠具有較強(qiáng)的變形能力，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)傳遞的橫向荷載，各層橡膠之間能夠協(xié)調(diào)變形，保證上部結(jié)構(gòu)在允許范圍內(nèi)適當(dāng)變形的情況下，支座不會(huì)脫空，仍然具有傳遞豎向荷載的能力。此外，板式橡膠支座日常維護(hù)工作量較少，因此板式橡膠支座在橋梁工程中具有廣泛的應(yīng)用。其所具有的力學(xué)特性，針對(duì)簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)橋面連續(xù)的橋梁而言，支座采用板式橡膠支座可能是唯一的選擇。
1 板式橡膠支座常見(jiàn)病害
板式橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)的造價(jià)中占比較低，雖然在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座的作用同其他構(gòu)件同等重要，但由于其低廉的造價(jià)，時(shí)常被工程師所遺忘。橡膠材料不同于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)荷載作用下，橡膠材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種病害，加之野外環(huán)境中，橡膠支座幾乎暴露于空氣環(huán)境中，進(jìn)而加劇了支座的病害。因此對(duì)于已建橋梁，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，支座病害的檢查尤其重要，對(duì)于一些損害較為嚴(yán)重的支座，往往會(huì)采用更換支座的方式對(duì)其進(jìn)行處理，常見(jiàn)的橡膠支座病害主要有支座脫空、剪切超限，局部鼓凸以及橡膠老化開(kāi)裂等[2]，圖2 即為板式橡膠支座常見(jiàn)病害。
圖2 支座常見(jiàn)病害
2 板式橡膠支座設(shè)計(jì)計(jì)算方法
板式橡膠支座設(shè)計(jì)計(jì)算主要對(duì)以下三方面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，首先是確定支座類型及尺寸，然后對(duì)支座進(jìn)行受壓偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算和抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，本文以圓形橡膠板式支座為例。
2.1 圓形橡膠板式支座平面尺寸確定
受板式橡膠材料自身的極限抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量及常溫下板式橡膠支座剪切模量的影響，圓形橡膠板式支座力學(xué)參數(shù)需滿足表1設(shè)計(jì)指標(biāo)。
表1 橡膠支座的力學(xué)性能要求
圖3 圓形板式橡膠支座結(jié)構(gòu)示意
圓形橡膠板式支座形狀系數(shù)S，其計(jì)算公式如下：
式中d0為圓形加筋鋼板直徑，單位為mm；t1為中間單層橡膠片厚度，單位為mm。
板式橡膠支座的有效承壓面積應(yīng)符合下列規(guī)定：
式中Ae為支座有效承壓面積（承壓加勁鋼板面積）；Rck為支座反力設(shè)計(jì)值（汽車荷載計(jì)入沖擊系數(shù)）；σc為使用階段支座平均壓應(yīng)力限值為10MPa，當(dāng)支座形狀系數(shù)S小于7時(shí)，為8MPa。
2.2 圓形橡膠板式支座厚度確定
之所以對(duì)板式支座的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是因?yàn)橐环矫嫦鹉z支座在傳遞豎向荷載的同時(shí)還需要根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)的水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移來(lái)協(xié)調(diào)自身變形，如圖2（b）所示，放上部結(jié)構(gòu)在水平方向上發(fā)生位移或者在支座附近發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，板式橡膠支座會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的剪切變形來(lái)適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)位移過(guò)大時(shí)，橡膠板式支座剪切變形就會(huì)增大，達(dá)到一定限度之后支座就會(huì)發(fā)生剪切破壞，因此要求橡膠板式支座具有一定的厚度[3-4]，能夠產(chǎn)生足夠的剪切變形，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）中對(duì)板式橡膠支座的規(guī)定，在保證橋梁上部結(jié)構(gòu)水平位移和轉(zhuǎn)角位移不超限的情況下，不計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，橡膠總厚度te與上部結(jié)構(gòu)水平位移Δl需滿足：
計(jì)入制動(dòng)時(shí)，橡膠總厚度te與上部結(jié)構(gòu)水平位移Δl需滿足：
式中Δl包含由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、混凝土收縮和徐變等作用標(biāo)準(zhǔn)值引起的支座剪切變形和縱向力標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的支座剪切變形，當(dāng)支座本身直接設(shè)置在縱坡大于1%的斜面上時(shí)，還需考慮支座反力在該順坡上的分力所產(chǎn)生的剪切變形。同時(shí)，當(dāng)橡膠支座厚度過(guò)大時(shí)，支座的穩(wěn)定性不能得到保證，因此規(guī)范對(duì)每層橡膠片的最大厚度進(jìn)行了限定，從受壓穩(wěn)定考慮，應(yīng)保證支座符合以下條件：
2.3 支座偏轉(zhuǎn)和抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算
如圖2（a）所示，支座發(fā)生脫空的原因在于上部結(jié)構(gòu)在跨中承受較大豎向荷載時(shí)（自重+外荷載），主梁會(huì)在荷載作用下發(fā)生撓曲變形，主梁中部向下?lián)锨冃蔚耐瑫r(shí)會(huì)引起梁端發(fā)生轉(zhuǎn)角偏移θ，當(dāng)梁端轉(zhuǎn)角過(guò)大時(shí)，板式支座前段受壓，后端脫空，此時(shí)的板式支座為局部受壓[5]。為保證局部受壓條件下的橡膠板不發(fā)生脫空現(xiàn)象，支座豎向平均壓縮變形值δc,m需滿足：
式中Ae為承壓加勁鋼板的面積；Ee為抗壓彈性模量；Eb=2000MPa 為橡膠彈性體積模量；Rck為計(jì)入沖擊系數(shù)的支座反力設(shè)計(jì)值；te為橡膠層總厚度，同時(shí)豎向平均壓縮變形還不能超過(guò)橡膠總厚度的0．07倍。
為保證在橫向荷載作用下，支座與梁底不發(fā)生滑動(dòng)。
不計(jì)汽車制動(dòng)力時(shí)，
考慮汽車制動(dòng)力Fbk時(shí)的需滿足：
式中μ=0.2～0.3 為摩擦系數(shù)（支座與混凝土接觸時(shí)，摩擦系數(shù)取0．3；與鋼板接觸時(shí)，摩擦系數(shù)取0．2）；RGk為由結(jié)構(gòu)自重引起的支座反力；Rck為包括結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值及0．5 倍汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值（計(jì)入沖擊系數(shù)）引起的支座反力；Ge為支座剪切變形，其參數(shù)取值可按規(guī)范?。籄g為支座平面毛面積。
3 工程案例
大柏店路位于肥西縣桃花工業(yè)園區(qū)，道路為直線型道路，雙向4 車道，設(shè)計(jì)車速40km/h。其中在樁號(hào)K0+922處，跨越規(guī)劃五老堰河。結(jié)合規(guī)劃河道斷面，經(jīng)前期方案及初步設(shè)計(jì)確定本次設(shè)計(jì)橋梁方案為橋梁采用3m×20m 簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)橋面連續(xù)空心板梁橋，右偏角為60°，寬30m。其斷面具體為3．0m（人行道）+3．0m（非機(jī)動(dòng)車道）+1．5m（分隔帶）+15m（機(jī)動(dòng)車道）+1．5m（分隔帶）+3．0m（非機(jī)動(dòng)車道）+3．0m（人行道）=全寬30m。
上部結(jié)構(gòu)：采用20m 一跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。梁高0．95m，預(yù)制中板1．24m，邊板A 頂寬1．58m，邊板B 頂寬1．39m，底寬均為1．24m，全幅單跨布置69 片空心板?？招陌宀捎肅50 混凝土，預(yù)應(yīng)力均采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，公稱直徑φ15．2mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa。
下部結(jié)構(gòu)：橋墩采用樁柱式橋墩，橋墩立柱直徑1．3m，采用C35 混凝土，樁基直徑1．5m，采用C30 水下混凝土；橋臺(tái)采用樁接蓋梁輕型橋臺(tái)，樁基直徑1．3m，采用C30水下混凝土。
墩臺(tái)支座均采用板式橡膠支座，其材料和力學(xué)性能均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，橋梁位置如圖4所示。
圖4 大柏店路橋效果圖
為了便于橋面泄水管的布置，橫斷面采用在分隔帶處邊板與邊板相接的拼板設(shè)計(jì)，本次計(jì)算模型對(duì)橫斷面進(jìn)行優(yōu)化處理，即截取行車道范圍內(nèi)的空心板作為驗(yàn)算對(duì)象（見(jiàn)圖5、圖6）。
圖5 大柏店路橋橫斷面圖
圖6 優(yōu)化調(diào)整后的大柏店路橋橫斷面圖
大柏店路橋梁計(jì)算跨徑l=19．26m，梁長(zhǎng)L=19．96m，恒載單位長(zhǎng)度自重g=17．48kN/m，汽車荷載為城-A 級(jí)，車道均布荷載qk=10．5kN/m，集中荷載Pk=298．52kN。不計(jì)入人群荷載，計(jì)算溫差為36℃，安全設(shè)計(jì)等級(jí)取一級(jí)?？箯潙T矩I=0．0691886m4，彈性模量Ec=3．45×107kPa?？招陌宓目箯潉偠菳=Ec×I=0．2387×107kN/m2。結(jié)構(gòu)自重引起的支反力RGK=135．8kN，支反力設(shè)計(jì)值Rck=135．8+87．9×0．5=179．75kN。車道荷載橫向分配系數(shù)為mc=0．281，汽車制動(dòng)力Fbk=11．6kN。選定圓形橡膠板式支座結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。
圖7 圓形橡膠板式支座結(jié)構(gòu)示意圖
3.1 確定平面尺寸
根據(jù)橋梁跨徑及相關(guān)數(shù)據(jù)，初步選定圓形板式橡膠支座GBZY 250×52 型板式橡膠支座，截面直徑為d=25cm，則平面尺寸Ag=3．14×0．1252=0．0490625m2，加勁板邊緣距離橡膠邊緣為5mm，Ae=3．14×(0．125-0．005)2=0．045216m2，單層橡膠厚度取t1=0．8cm，由此可得支座平面形狀系數(shù)
支座平面滿足：
支座平面尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2 確定支座厚度
本設(shè)計(jì)中，大柏店橋水平放置，根據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2019）附表查得該平面尺寸下，選取支座橡膠厚度te=37mm，總厚度t=52mm，溫差36°引起的溫度變形平均分配到主梁兩端。
溫度引起的水平位移Δg為：
活載制動(dòng)力引起的水平位移ΔFbk為：
不計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，根據(jù)公式(2)te≥2Δl=2×7.9=15.8mm；
計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，根據(jù)公式(3)te≥1.43Δl=1.43×7.9=11.3mm。
支座厚度滿足設(shè)計(jì)要求。
3.3 支座平均壓縮變形驗(yàn)算
不發(fā)生脫空現(xiàn)象，支座平均壓縮變形 值δcm需滿足：，將數(shù)據(jù)帶入公式中計(jì)算可得：
車道均布荷載：轉(zhuǎn)角
支座平均壓縮變形值δc滿足設(shè)計(jì)要求。
3.4 支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算
為保證在橫向荷載作用下，支座與梁底不發(fā)生滑動(dòng)。
不計(jì)入汽車制動(dòng)力時(shí)，
考慮汽車制動(dòng)力F時(shí)的支座反力Rck需滿足：
支座抗滑穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)驗(yàn)算，所選用的圓形橡膠板式支座均滿足設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)支座安放必須水平，誤差符合規(guī)范要求。支座位置應(yīng)準(zhǔn)確。墩臺(tái)支撐墊石或預(yù)埋鋼板頂面應(yīng)平整、清潔、支座與其接觸應(yīng)密貼。所有支座安裝前應(yīng)檢查配件是否齊全。滑動(dòng)支座安裝時(shí)應(yīng)注意滑動(dòng)方向不能放錯(cuò)[6]。
4 結(jié)語(yǔ)
本文從橋梁常用支座出發(fā)，對(duì)常見(jiàn)的橡膠板式支座進(jìn)行了研究，并對(duì)常見(jiàn)的橋梁支座病害進(jìn)行了分析及歸類，對(duì)于橡膠板式支座而言，圓形橡膠板式支座和矩形橡膠板式支座，以及四氟板式橡膠支座是最常見(jiàn)的橡膠板式支座，針對(duì)此類支座本文對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算得出理論分析，結(jié)合大柏店路橋圓形橡膠板式支座應(yīng)用情況，對(duì)支座進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，本文研究結(jié)果對(duì)安徽省肥西縣桃花工業(yè)園區(qū)大柏店橋的板式橡膠支座的應(yīng)用有著重要的參考價(jià)值。
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圖1 不同板式支座
板式橡膠支座除了能將橋梁上部荷載傳遞至橋梁下部荷載以外，還必須能夠適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)的橫向位移和轉(zhuǎn)角，因此需要支座不僅具有足夠的強(qiáng)度能夠傳遞荷載，同時(shí)也要預(yù)留一定的變形能力來(lái)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的變形，在強(qiáng)度方面，板式橡膠支座通過(guò)橡膠和鋼板共同承壓，鋼板通過(guò)粘合劑包裹在橡膠支座內(nèi)部，不僅提高了板式支座的豎向剛度，也減小了支座在承受豎向荷載時(shí)的豎向變形；變形能力方面，橡膠具有較強(qiáng)的變形能力，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)傳遞的橫向荷載，各層橡膠之間能夠協(xié)調(diào)變形，保證上部結(jié)構(gòu)在允許范圍內(nèi)適當(dāng)變形的情況下，支座不會(huì)脫空，仍然具有傳遞豎向荷載的能力。此外，板式橡膠支座日常維護(hù)工作量較少，因此板式橡膠支座在橋梁工程中具有廣泛的應(yīng)用。其所具有的力學(xué)特性，針對(duì)簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)橋面連續(xù)的橋梁而言，支座采用板式橡膠支座可能是唯一的選擇。
1 板式橡膠支座常見(jiàn)病害
板式橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)的造價(jià)中占比較低，雖然在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座的作用同其他構(gòu)件同等重要，但由于其低廉的造價(jià)，時(shí)常被工程師所遺忘。橡膠材料不同于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)荷載作用下，橡膠材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種病害，加之野外環(huán)境中，橡膠支座幾乎暴露于空氣環(huán)境中，進(jìn)而加劇了支座的病害。因此對(duì)于已建橋梁，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，支座病害的檢查尤其重要，對(duì)于一些損害較為嚴(yán)重的支座，往往會(huì)采用更換支座的方式對(duì)其進(jìn)行處理，常見(jiàn)的橡膠支座病害主要有支座脫空、剪切超限，局部鼓凸以及橡膠老化開(kāi)裂等[2]，圖2 即為板式橡膠支座常見(jiàn)病害。
圖2 支座常見(jiàn)病害
2 板式橡膠支座設(shè)計(jì)計(jì)算方法
板式橡膠支座設(shè)計(jì)計(jì)算主要對(duì)以下三方面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，首先是確定支座類型及尺寸，然后對(duì)支座進(jìn)行受壓偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算和抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，本文以圓形橡膠板式支座為例。
2.1 圓形橡膠板式支座平面尺寸確定
受板式橡膠材料自身的極限抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量及常溫下板式橡膠支座剪切模量的影響，圓形橡膠板式支座力學(xué)參數(shù)需滿足表1設(shè)計(jì)指標(biāo)。
表1 橡膠支座的力學(xué)性能要求
圖3 圓形板式橡膠支座結(jié)構(gòu)示意
圓形橡膠板式支座形狀系數(shù)S，其計(jì)算公式如下：
式中d0為圓形加筋鋼板直徑，單位為mm；t1為中間單層橡膠片厚度，單位為mm。
板式橡膠支座的有效承壓面積應(yīng)符合下列規(guī)定：
式中Ae為支座有效承壓面積（承壓加勁鋼板面積）；Rck為支座反力設(shè)計(jì)值（汽車荷載計(jì)入沖擊系數(shù)）；σc為使用階段支座平均壓應(yīng)力限值為10MPa，當(dāng)支座形狀系數(shù)S小于7時(shí)，為8MPa。
2.2 圓形橡膠板式支座厚度確定
之所以對(duì)板式支座的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是因?yàn)橐环矫嫦鹉z支座在傳遞豎向荷載的同時(shí)還需要根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)的水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移來(lái)協(xié)調(diào)自身變形，如圖2（b）所示，放上部結(jié)構(gòu)在水平方向上發(fā)生位移或者在支座附近發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，板式橡膠支座會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的剪切變形來(lái)適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)位移過(guò)大時(shí)，橡膠板式支座剪切變形就會(huì)增大，達(dá)到一定限度之后支座就會(huì)發(fā)生剪切破壞，因此要求橡膠板式支座具有一定的厚度[3-4]，能夠產(chǎn)生足夠的剪切變形，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）中對(duì)板式橡膠支座的規(guī)定，在保證橋梁上部結(jié)構(gòu)水平位移和轉(zhuǎn)角位移不超限的情況下，不計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，橡膠總厚度te與上部結(jié)構(gòu)水平位移Δl需滿足：
計(jì)入制動(dòng)時(shí)，橡膠總厚度te與上部結(jié)構(gòu)水平位移Δl需滿足：
式中Δl包含由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、混凝土收縮和徐變等作用標(biāo)準(zhǔn)值引起的支座剪切變形和縱向力標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的支座剪切變形，當(dāng)支座本身直接設(shè)置在縱坡大于1%的斜面上時(shí)，還需考慮支座反力在該順坡上的分力所產(chǎn)生的剪切變形。同時(shí)，當(dāng)橡膠支座厚度過(guò)大時(shí)，支座的穩(wěn)定性不能得到保證，因此規(guī)范對(duì)每層橡膠片的最大厚度進(jìn)行了限定，從受壓穩(wěn)定考慮，應(yīng)保證支座符合以下條件：
2.3 支座偏轉(zhuǎn)和抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算
如圖2（a）所示，支座發(fā)生脫空的原因在于上部結(jié)構(gòu)在跨中承受較大豎向荷載時(shí)（自重+外荷載），主梁會(huì)在荷載作用下發(fā)生撓曲變形，主梁中部向下?lián)锨冃蔚耐瑫r(shí)會(huì)引起梁端發(fā)生轉(zhuǎn)角偏移θ，當(dāng)梁端轉(zhuǎn)角過(guò)大時(shí)，板式支座前段受壓，后端脫空，此時(shí)的板式支座為局部受壓[5]。為保證局部受壓條件下的橡膠板不發(fā)生脫空現(xiàn)象，支座豎向平均壓縮變形值δc,m需滿足：
式中Ae為承壓加勁鋼板的面積；Ee為抗壓彈性模量；Eb=2000MPa 為橡膠彈性體積模量；Rck為計(jì)入沖擊系數(shù)的支座反力設(shè)計(jì)值；te為橡膠層總厚度，同時(shí)豎向平均壓縮變形還不能超過(guò)橡膠總厚度的0．07倍。
為保證在橫向荷載作用下，支座與梁底不發(fā)生滑動(dòng)。
不計(jì)汽車制動(dòng)力時(shí)，
考慮汽車制動(dòng)力Fbk時(shí)的需滿足：
式中μ=0.2～0.3 為摩擦系數(shù)（支座與混凝土接觸時(shí)，摩擦系數(shù)取0．3；與鋼板接觸時(shí)，摩擦系數(shù)取0．2）；RGk為由結(jié)構(gòu)自重引起的支座反力；Rck為包括結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值及0．5 倍汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值（計(jì)入沖擊系數(shù)）引起的支座反力；Ge為支座剪切變形，其參數(shù)取值可按規(guī)范?。籄g為支座平面毛面積。
3 工程案例
大柏店路位于肥西縣桃花工業(yè)園區(qū)，道路為直線型道路，雙向4 車道，設(shè)計(jì)車速40km/h。其中在樁號(hào)K0+922處，跨越規(guī)劃五老堰河。結(jié)合規(guī)劃河道斷面，經(jīng)前期方案及初步設(shè)計(jì)確定本次設(shè)計(jì)橋梁方案為橋梁采用3m×20m 簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)橋面連續(xù)空心板梁橋，右偏角為60°，寬30m。其斷面具體為3．0m（人行道）+3．0m（非機(jī)動(dòng)車道）+1．5m（分隔帶）+15m（機(jī)動(dòng)車道）+1．5m（分隔帶）+3．0m（非機(jī)動(dòng)車道）+3．0m（人行道）=全寬30m。
上部結(jié)構(gòu)：采用20m 一跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。梁高0．95m，預(yù)制中板1．24m，邊板A 頂寬1．58m，邊板B 頂寬1．39m，底寬均為1．24m，全幅單跨布置69 片空心板?？招陌宀捎肅50 混凝土，預(yù)應(yīng)力均采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，公稱直徑φ15．2mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa。
下部結(jié)構(gòu)：橋墩采用樁柱式橋墩，橋墩立柱直徑1．3m，采用C35 混凝土，樁基直徑1．5m，采用C30 水下混凝土；橋臺(tái)采用樁接蓋梁輕型橋臺(tái)，樁基直徑1．3m，采用C30水下混凝土。
墩臺(tái)支座均采用板式橡膠支座，其材料和力學(xué)性能均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，橋梁位置如圖4所示。
圖4 大柏店路橋效果圖
為了便于橋面泄水管的布置，橫斷面采用在分隔帶處邊板與邊板相接的拼板設(shè)計(jì)，本次計(jì)算模型對(duì)橫斷面進(jìn)行優(yōu)化處理，即截取行車道范圍內(nèi)的空心板作為驗(yàn)算對(duì)象（見(jiàn)圖5、圖6）。
圖5 大柏店路橋橫斷面圖
圖6 優(yōu)化調(diào)整后的大柏店路橋橫斷面圖
大柏店路橋梁計(jì)算跨徑l=19．26m，梁長(zhǎng)L=19．96m，恒載單位長(zhǎng)度自重g=17．48kN/m，汽車荷載為城-A 級(jí)，車道均布荷載qk=10．5kN/m，集中荷載Pk=298．52kN。不計(jì)入人群荷載，計(jì)算溫差為36℃，安全設(shè)計(jì)等級(jí)取一級(jí)?？箯潙T矩I=0．0691886m4，彈性模量Ec=3．45×107kPa?？招陌宓目箯潉偠菳=Ec×I=0．2387×107kN/m2。結(jié)構(gòu)自重引起的支反力RGK=135．8kN，支反力設(shè)計(jì)值Rck=135．8+87．9×0．5=179．75kN。車道荷載橫向分配系數(shù)為mc=0．281，汽車制動(dòng)力Fbk=11．6kN。選定圓形橡膠板式支座結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。
圖7 圓形橡膠板式支座結(jié)構(gòu)示意圖
3.1 確定平面尺寸
根據(jù)橋梁跨徑及相關(guān)數(shù)據(jù)，初步選定圓形板式橡膠支座GBZY 250×52 型板式橡膠支座，截面直徑為d=25cm，則平面尺寸Ag=3．14×0．1252=0．0490625m2，加勁板邊緣距離橡膠邊緣為5mm，Ae=3．14×(0．125-0．005)2=0．045216m2，單層橡膠厚度取t1=0．8cm，由此可得支座平面形狀系數(shù)
支座平面滿足：
支座平面尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2 確定支座厚度
本設(shè)計(jì)中，大柏店橋水平放置，根據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2019）附表查得該平面尺寸下，選取支座橡膠厚度te=37mm，總厚度t=52mm，溫差36°引起的溫度變形平均分配到主梁兩端。
溫度引起的水平位移Δg為：
活載制動(dòng)力引起的水平位移ΔFbk為：
不計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，根據(jù)公式(2)te≥2Δl=2×7.9=15.8mm；
計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，根據(jù)公式(3)te≥1.43Δl=1.43×7.9=11.3mm。
支座厚度滿足設(shè)計(jì)要求。
3.3 支座平均壓縮變形驗(yàn)算
不發(fā)生脫空現(xiàn)象，支座平均壓縮變形 值δcm需滿足：，將數(shù)據(jù)帶入公式中計(jì)算可得：
車道均布荷載：轉(zhuǎn)角
支座平均壓縮變形值δc滿足設(shè)計(jì)要求。
3.4 支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算
為保證在橫向荷載作用下，支座與梁底不發(fā)生滑動(dòng)。
不計(jì)入汽車制動(dòng)力時(shí)，
考慮汽車制動(dòng)力F時(shí)的支座反力Rck需滿足：
支座抗滑穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)驗(yàn)算，所選用的圓形橡膠板式支座均滿足設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)支座安放必須水平，誤差符合規(guī)范要求。支座位置應(yīng)準(zhǔn)確。墩臺(tái)支撐墊石或預(yù)埋鋼板頂面應(yīng)平整、清潔、支座與其接觸應(yīng)密貼。所有支座安裝前應(yīng)檢查配件是否齊全。滑動(dòng)支座安裝時(shí)應(yīng)注意滑動(dòng)方向不能放錯(cuò)[6]。
4 結(jié)語(yǔ)
本文從橋梁常用支座出發(fā)，對(duì)常見(jiàn)的橡膠板式支座進(jìn)行了研究，并對(duì)常見(jiàn)的橋梁支座病害進(jìn)行了分析及歸類，對(duì)于橡膠板式支座而言，圓形橡膠板式支座和矩形橡膠板式支座，以及四氟板式橡膠支座是最常見(jiàn)的橡膠板式支座，針對(duì)此類支座本文對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算得出理論分析，結(jié)合大柏店路橋圓形橡膠板式支座應(yīng)用情況，對(duì)支座進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，本文研究結(jié)果對(duì)安徽省肥西縣桃花工業(yè)園區(qū)大柏店橋的板式橡膠支座的應(yīng)用有著重要的參考價(jià)值。
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